JP7301021B2 - 基板処理装置、載置台及び温度制御方法 - Google Patents

基板処理装置、載置台及び温度制御方法 Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、載置台及び温度制御方法に関する。
プロセスにより基板に反り等の変形が生じることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、熱応力により載置台に反り等の変形が生じることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５－７２２８６号公報 特開２０００－２１９６２号公報
本開示は、載置台の変形を制御することができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、基板を載置する載置台を有する基板処理装置であって、前記載置台は、第１のプレートと、前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、を有する基板処理装置が提供される。
一の側面によれば、載置台の変形を制御することができる。
実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図。 実施形態に係る載置台の温度制御の一例を示す図。 実施形態に係る載置台の温度制御の一例を示す図。 実施形態に係る載置台の温度制御の他の例を示す図。 実施形態に係る載置台の温度制御の他の例を示す図。 実施形態に係る温度制御方法の一例を示す図。 実施形態に係る複数のセンサの配置例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［基板処理装置］
まず、実施形態に係る基板処理装置の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図である。基板処理装置１は、容量結合型の装置である。
基板処理装置１は、チャンバ１０を有する。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐食性を有する膜が設けられている。耐食性を有する膜は、アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化イットリウムといったセラミックスから形成され、陽極酸化処理された酸化膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３上には、基板の周囲を囲むエッジリング２５（フォーカスリングとも呼ばれる）が設けられている。エッジリング２５は、略円筒形状を有し、シリコン等で形成されてもよい。
基板処理装置１は、載置台１４を更に備えている。載置台１４は、支持部１３によって支持されている。載置台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。載置台１４は、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。
載置台１４は、第１のプレート１８及び一つの例示的実施形態に係る静電チャック２０を有している。載置台１４は、第２のプレート１６を更に有し得る。第２のプレート１６は、例えばアルミニウム又はチタンといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。第１のプレート１８は、第２のプレート１６の上部に設けられている。第１のプレート１８は、例えばアルミニウム又はチタンといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。第１のプレート１８及び第２のプレート１６は、セラミックスにより構成してもよい。ただし、第１のプレート１８及び第２のプレート１６は、同種の金属（導電性部材）で構成されることが好ましい。第１のプレート１８及び第２のプレート１６を導電性部材により構成することで、セラミックスにより構成するよりも第１のプレート１８と第２のプレート１６との摩擦が大きくなる。このため、後述する載置台１４（基板載置面２０ａ）の変形の制御性を良くすることができる。
第１のプレート１８及び第２のプレート１６は、各プレートの外周にてネジ１９により締結されている。ネジ１９は、第１のプレート１８と第２のプレート１６との接触面を跨いで設けられ、第１のプレート１８と第２のプレート１６とを締結する締結部材の一例である。
静電チャック２０は、第１のプレート１８上に設けられている。静電チャック２０は、静電チャック２０と第１のプレート１８との間に設けられた接着層により、第１のプレート１８に対して固定されている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。直流電源２０ｐから直流電圧が電極に印加されると、静電引力により基板Ｗが静電チャック２０に保持される。静電チャック２０は、基板Ｗを支持する。第１のプレート１８の外周面及び第２のプレート１６の外周面は、支持部１３によって囲まれている。なお、静電チャック２０は載置台１４に設けられなくてもよい。
第１のプレート１８の内部には、第１の流路１８ｆが設けられている。第１の流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられている第１のチラーユニット２１ａから配管２２ａを介して伝熱媒体（例えば冷媒）が供給される。第１のチラーユニット２１ａは、伝熱媒体の温度を任意の温度に調整可能である。第１の流路１８ｆに供給された伝熱媒体は、配管２２ｂを介して第１のチラーユニット２１ａに戻される。
第２のプレート１６の内部には、第２の流路１６ｆが設けられている。第２の流路１６ｆには、チャンバ１０の外部に設けられている第２のチラーユニット２１ｂから配管２３ａを介して伝熱媒体（例えば冷媒）が供給される。第２のチラーユニット２１ｂは、伝熱媒体の温度を任意の温度に調整可能である。第２の流路１６ｆに供給された伝熱媒体は、配管２３ｂを介して第２のチラーユニット２１ｂに戻される。第１の流路１８ｆと第２の流路１６ｆとは異なる流路であって、第１の流路１８ｆを通る伝熱媒体と第２の流路１６ｆを通る伝熱媒体とは別々に温度制御が可能である。
第１の流路１８ｆ及び第１のチラーユニット２１ａは、第１のプレート１８が有する第１の温調機構の一例である。第１の温調機構としては、ヒータ及びペルチェ素子の少なくとも一つであってもよい。第２の流路１６ｆおよび第２のチラーユニット２１ｂは、第２のプレート１６が有する第２の温調機構の一例である。第２の温調機構としては、ヒータ及びペルチェ素子の少なくとも一つであってもよい。
基板処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの下面との間に供給する。
基板処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、載置台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０によりチャンバ本体１２の上部開口を閉じられている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、ガスソース群４０、流量制御器群４４及びバルブ群４２を含むガス供給部が接続されている。ガスソース群４０は、流量制御器群４４及びバルブ群４２を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４４の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、流量制御器群４４の対応の流量制御器及びバルブ群４２の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は内部空間１０ｓ内に存在する正イオンを天板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。
基板処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物等の反応生成物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の上面に耐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐食性を有する膜は、アルミナ又は酸化イットリウムといった酸化膜であり得る。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の上面に耐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐食性を有する膜は、アルミナ又は酸化イットリウムといった酸化膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
基板処理装置１は、プラズマ生成用の高周波ＨＦの電力を印加する第１高周波電源６２を備えている。第１高周波電源６２は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、高周波ＨＦの電力を発生するように構成されている。高周波ＨＦの周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。
第１高周波電源６２は、整合器６６を介して第１のプレート１８に電気的に接続されている。整合器６６は、整合回路を有している。整合器６６の整合回路は、第１高周波電源６２の負荷側（載置台１４側）のインピーダンスを、第１高周波電源６２の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。別の実施形態では、第１高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に電気的に接続されていてもよい。
基板処理装置１は、イオン引き込み用の高周波ＬＦの電力を印加する第２高周波電源６４を更に備え得る。第２高周波電源６４は、高周波ＬＦの電力を発生するように構成されている。高周波ＬＦは、主としてイオンを基板Ｗに引き込むことに適した周波数を有し、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。或いは、高周波ＬＦは、矩形の波形を有するパルス状の電圧であってもよい。
第２高周波電源６４は、整合器６８を介して第１のプレート１８に電気的に接続されている。整合器６８は、整合回路を有している。整合器６８の整合回路は、第２高周波電源６４の負荷側（載置台１４側）のインピーダンスを、第２高周波電源６４の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。
基板処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、基板処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、基板処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って基板処理装置１の各部を制御することにより、種々のプロセス、例えばプラズマ処理方法が基板処理装置１で実行される。
また、制御部８０は、第１のプレート１８の第１の流路１８ｆに接続された第１のチラーユニット２１ａ及び第２のプレート１６の第２の流路１６ｆに接続された第２のチラーユニット２１ｂを制御する。基板Ｗの温度は、第１の流路１８ｆを流れる伝熱媒体と第１のプレート１８との熱交換、第２の流路１６ｆを流れる伝熱媒体と第２のプレート１６との熱交換により調整される。さらに、基板Ｗの温度は、第１のプレート１８と第２のプレート１６との熱交換、第１のプレート１８と静電チャック２０との熱交換により調整される。
また、かかる構成の載置台１４では、第１のプレート１８に第１の流路１８ｆを設けるだけでなく、第２のプレート１６に第２の流路１６ｆを設けることにより、第１のプレート１８の温度と第２のプレート１６の温度とを別々に制御できる。これにより、載置台１４の変形を積極的に制御することができる。なお、載置台１４の変形には、載置台１４をフラットにする制御も含まれる。
［載置台の形状制御］
実施形態に係る載置台１４の温度制御による載置台１４の形状制御の一例について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３は、実施形態に係る載置台１４の温度制御の一例を示す図である。図２及び図３のネジ１９は、第１のプレート１８の外周に形成された第１のプレート１８を貫通する貫通孔１９ａを介して、第２のプレート１６の外周の上面に形成されたネジ穴１９ｂと螺合する。ネジ１９により第１のプレート１８と第２のプレート１６との接触面を跨いで第１のプレート１８と第２のプレート１６とをネジ止めすることで第１のプレート１８と第２のプレート１６とを締結する。なお、第２のプレート１６に貫通孔を設け、第１のプレートの下面にネジ穴を形成してネジ止めしてもよい。
第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第１のプレート１８又は第２のプレート１６に温度変化が生じた場合、第１のプレート１８又は第２のプレート１６に熱応力が生じる。
例えば、図２の（ａ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を－１００℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。次に、図２の（ｂ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は０℃を維持しつつ、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を１００℃に制御して第２のプレート１６の温度を制御する。
このように図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に移行させた場合、第２のプレート１６は、－１００℃から１００℃に温度が変化し、第１のプレート１８は０℃のままで温度は変化していない。このため、第２のプレート１６は第１のプレート１８よりも垂直方向および水平方向に膨張する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への膨張が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（圧縮応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には引張応力が生じ、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凹状に変形する。
次に、静電チャック２０を基板載置面２０ａ側に凸状に変形させる場合の温度制御について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を１００℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。次に、図３の（ｂ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は０℃を維持しつつ、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を－１００℃に制御して第２のプレート１６の温度を制御する。
このように図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態に移行させた場合、第２のプレート１６は１００℃から－１００℃に温度が変化し、第１のプレート１８は０℃のままで温度は変化していない。このため、第２のプレート１６は第１のプレート１８よりも垂直方向および水平方向に収縮する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への収縮が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（引張応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には圧縮応力が生じ、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凸状に変形する。これにより、基板Ｗの反りに合わせて載置台１４を基板Ｗの反りの方向に積極的に反らせることができる。
なお、第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９で強固に締結されているため、第１のプレート１８の下面と第２のプレート１６の上面との間には、強固な摩擦力が発生している。しかしながら、第１のプレート１８または第２のプレート１６の温度変化を急速に行うと、摩擦力よりも強い引張応力（または圧縮応力）が急速に発生するため、すべりが生じる。このため、第１のプレート１８または第２のプレート１６の変形が生じないことがある。したがって、基板載置面２０ａの変形を制御するには、第１のプレート１８または第２のプレート１６の温度制御を、強い熱応力が発生しない範囲で行うことが望ましい。具体的には、第１のプレート１８と第２のプレート１６との温度変化の差が、３℃／分以下となるように昇温または降温するのが望ましい。
このように、実施形態では、第２の流路１６ｆの伝熱媒体の温度を制御することで、載置台１４の変形を積極的に制御することができる。例えば、基板Ｗと同じ方向に載置台１４を反らせたい場合、基板Ｗの反りを測定し、測定した結果に応じて載置台１４を基板Ｗの反りの方向に積極的に反らせることができる。
また、実施形態では、第１の流路１８ｆの伝熱媒体の温度は変化させていない。すなわち、第１のプレート１８の温度をプロセスに適した温度に固定したまま、第２のプレート１６の温度を変化させることにより、基板載置面２０ａの形状を自在に制御することができる。
実施形態に係る温度制御方法は、基板Ｗの形状を測定する工程と、測定した基板Ｗの形状に基づき、第２のプレート１６の第２の流路１６ｆを流れる伝熱媒体の温度を制御する工程とを有する。かかる温度制御方法によれば、第１のプレート１８と第２のプレート１６の両方に温調機構を設けることで、基板Ｗの形状に応じて載置台１４の変形を積極的に制御することができる。これにより、基板Ｗの反りの方向に静電チャック２０の基板載置面２０ａを変形させ、基板Ｗと静電チャック２０との密着性を高め、基板Ｗの温度の制御性を高めることができる。これにより、基板の面内の温度分布を小さくし、基板Ｗへのエッチング特性（エッチングレートなど）を向上させることができる。なお、基板Ｗの形状は、搬送アームに載置された基板Ｗの反りをレーザー光の反射光の状態から測定してもよいし、搬送アームに載置された基板Ｗの接触面の状態を測定することにより推定してもよいし、他の公知の方法で測定してもよい。
［載置台の形状制御（他の例）］
次に、実施形態に係る載置台１４の温度制御による形状制御の他の例について、図５及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、実施形態に係る載置台１４の温度制御の他の例を示す図である。
例えば、図４の（ａ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を４０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を４０℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。このとき、基板載置面２０ａは平坦な状態である。次に図４の（ｂ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を２０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を８０℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。次に、図４の（ｃ）に示すように、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度は８０℃のまま、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第１のプレート１８を温調する。そして、図４の（ｄ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は４０℃のまま、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第２のプレート１６を温調する。
図４の（ａ） に示すように、第１のプレート１８と第２のプレート１６とは同じ温度に制御されている。なお、このとき基板載置面２０ａは平坦な状態である。この状態から、図４の（ｂ）に示すように、第１のプレート１８の温度を４０℃から２０℃に下げる。また第２のプレート１６の温度を４０℃から８０℃に上げる。これにより、第１のプレート１８は収縮し、第２のプレート１６は膨張する。また、第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への膨張が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（圧縮応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には引張応力が生じる。さらに、第１のプレート１８の水平方向への収縮が妨げられ、第１のプレート１８に熱応力（引張応力）が生じる。これらにより、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凹状に変形する。
次に、図４の（ｃ）に示すように、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度は８０℃のまま、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第１のプレート１８を温調する。
この場合、第１のプレート１８は、図４の（ｂ）に示した状態よりも高い温度になるため、第１のプレート１８は膨張する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第１のプレート１８の水平方向への膨張が妨げられ、第１のプレート１８に熱応力（圧縮応力）が生じる。これにより、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凸状に変形する。図４の（ｂ）に示した状態において、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凹状に変形しているため、図４の（ｃ）に示した状態においては、基板載置面２０ａは略平坦な状態となる。
次に、図４の（ｄ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は４０℃のまま、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第２のプレート１６の温度を制御する。
この場合、第２のプレート１６は、図４の（ｃ）に示した状態よりも低い温度になるため、第２のプレート１６は収縮する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への収縮が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（引張応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には圧縮応力が生じ、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凸状に変形する。
次に、静電チャック２０を基板載置面２０ａ側に凹状に変形させる場合の温度制御の一例について、図５を参照して説明する。図５の（ａ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を４０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を４０℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。このとき、基板載置面２０ａは平坦な状態である。次に、図５の（ｂ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体を８０℃に制御して、第１のプレート１８の温度を制御し、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体を０℃に制御して、第２のプレート１６の温度を制御する。次に、図５の（ｃ）に示すように、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度は０℃のまま、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第１のプレート１８の温度を制御する。そして、図５の（ｄ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は４０℃のまま、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第２のプレート１６の温度を制御する。
図５の（ａ） に示すように、第１のプレート１８と第２のプレート１６とは同じ温度に制御されている。また、基板載置面２０ａは平坦な状態である。この状態から、図５の（ｂ）に示すように、第１のプレート１８の温度を４０℃から８０℃に上げる。また第２のプレート１６の温度を４０℃から０℃に下げる。第１のプレート１８は膨張し、第２のプレート１６は収縮する。また、第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への収縮が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（引張応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には圧縮応力が生じる。さらに、第１のプレート１８の水平方向への膨張が妨げられ、第１のプレート１８に熱応力（圧縮応力）が生じる。これらにより、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凸状に変形する。
次に、図５の（ｃ）に示すように、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度は０℃のまま、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第１のプレート１８の温度を制御する。
この場合、第１のプレート１８は、図５の（ｂ）に示した状態よりも低い温度になるため、第１のプレート１８は収縮する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第１のプレート１８の水平方向への収縮が妨げられ、第１のプレート１８に熱応力（引張応力）が生じる。これにより、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凹状に変形する。図５の（ｂ）に示した状態において、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凸状に変形しているため、図５の（ｃ）に示した状態においては基板載置面２０ａは略平坦な状態となる。
次に、図５の（ｄ）に示すように、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度は４０℃のまま、第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を４０℃に制御して第２のプレート１６の温度を制御する。
この場合、第２のプレート１６は、図５の（ｃ）に示した状態よりも高い温度になるため、第２のプレート１６は膨張する。第１のプレート１８と第２のプレート１６とは、ネジ１９により強固に締結されている。このため、第２のプレート１６の水平方向への膨張が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（圧縮応力）が生じる。これにともない、第１のプレート１８に引張応力が生じ、静電チャック２０及び第１のプレート１８が基板載置面２０ａ側に凹状に変形する。
なお、図４の（ｂ）において、基板載置面２０ａを凹状にするために、第２のプレート１６の温度を上げ、第１のプレート１８の温度を下げた。しかしながら、第１のプレート１８および第２のプレート１６の双方の温度を上げて凹状にしてもよい。例えば、第１のプレート１８の温度を４０℃から６０℃に上げ、第２のプレート１６の温度を４０℃から８０℃に上げる。この場合、第２のプレート１６の温度変化が第１のプレート１８の温度変化よりも大きいため、第２のプレート１６の方が大きく膨張する。このため、第２のプレート１６の水平方向への膨張が妨げられ、第２のプレート１６に熱応力（圧縮応力）が生じる。また、これにともない、第１のプレート１８には引張応力が生じる。これにより、基板載置面２０ａを凹状にすることができる。また、第１のプレート１８の温度を変化させず、第２のプレート１６の温度のみを上げてもよいし、第２のプレート１６の温度を変化させず、第１のプレート１８の温度のみを下げてもよい。
また、基板載置面２０ａを凸状にするために、第１のプレート１８の温度変化が第２のプレート１６の温度変化よりも大きくなるように、第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度を上昇させてもよい。第１のプレート１８の温度を変化させず、第２のプレート１６の温度のみを下げてもよいし、第２のプレート１６の温度を変化させず、第１のプレート１８の温度のみを上げてもよい。
このように、実施形態では、第１の流路１８ｆ及び／又は第２の流路１６ｆの伝熱媒体の温度を制御することで、載置台１４の変形を積極的に制御することができる。すなわち、第１のプレート１８と第２のプレート１６の温度変化を組み合わせる。これにより、第１のプレート１８と第２のプレート１６の温度を初期状態（図４の（ａ）又は図５の（ａ））と同じ温度に制御しても、基板載置面２０ａの形状を変化させることができる（図４の（ｄ）又は図５の（ｄ））。また、図４および図５の例では、初期状態における基板載置面２０ａの形状は平坦としたが、凹状もしくは凸状であってもよい。つまり、初期状態の基板載置面２０ａの形状に応じて、第１のプレート１８と第２のプレート１６の温度変化を行うことにより、第１のプレート１８と第２のプレート１６の温度によらず基板載置面２０ａの形状を任意に変化させることができる。
以上に説明した第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体と第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体との温度制御では様々な制御が可能である。例えば、制御部８０は、第１のプレート１８と第２のプレート１６とが同じタイミングで同じ温度になるように第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体及び第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を制御してもよい。これによれば、第１のプレート１８と第２のプレート１６とを同じタイミングで同じ温度にすることができる。このため、第１のプレート１８と第２のプレート１６に生じる熱応力の差により載置台１４に変形が生じない。なお、このような制御のみを行う場合には、第１のチラーユニット２１ａと第２のチラーユニット２１ｂとは同じチラーユニットであってもよい。すなわち、第１のチラーユニット２１ａを第１の流路１８ｆ及び第２の流路１６ｆに接続し、第２のチラーユニット２１ｂは設けなくてもよい。
［温度制御方法］
次に、実施形態に係る温度制御方法について図６を参照しながら説明する。図６は、実施形態に係る温度制御方法の一例を示す図である。
本処理が開始されると、制御部８０は、基板載置面２０ａの形状情報を取得する（ステップＳ１）。基板載置面２０ａの形状情報は、センサによる測定により取得しても良い。また、記憶部に記憶した第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度変化の履歴と、第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度変化と第１のプレートの形状変化との相関関係を示す情報とを参照して取得してもよい。
次に、制御部８０は、第１のプレート１８の温度及び第２のプレート１６の温度を取得する（ステップＳ２）。第１のプレート１８の温度及び第２のプレート１６の温度は、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度及び第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度であってもよい。また、第１のプレート１８及び第２のプレート１６にそれぞれ設けられた温度センサにより測定した温度であってもよい。
次に、制御部８０は、基板Ｗの反りの情報を取得する（ステップＳ３）。基板Ｗの反りの情報は、基板処理装置１とは異なる測定装置にて測定した情報を用いても良いし、基板処理装置１の内部に設けた測定部にて測定した情報を用いても良い。
次に、制御部８０は、載置台１４（基板載置面２０ａ）の形状を変化させるか否かを判定する（ステップＳ４）。載置台１４の形状を変化させるか否かは、ステップＳ１にて取得した基板載置面２０ａの形状情報と、ステップＳ３にて取得した基板Ｗの反りの情報とに基づき判定してもよい。
ステップＳ４において、制御部８０は、載置台１４の形状を変化させないと判定した場合、第１のプレート１８と第２のプレート１６とを同じ温度に制御し（ステップＳ５）、本処理を終了する。すなわち、第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体の温度及び第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を同一温度又はプラズマからの入熱を考慮した所与の温度に制御し、第１のプレート１８と第２のプレート１６とに温度差が生じないように制御する。
ステップＳ４において、制御部８０は、載置台１４の形状を変化させると判定した場合、第１のプレート１８及び／又は第２のプレート１６の温度を制御し（ステップＳ６）、本処理を終了する。ステップＳ６の後、基板載置面２０ａが所望の形状に変形したかどうかを、センサを用いて確認してもよい。
［形状測定］
次に、第１のプレート１８の形状を測定し、測定結果に基づき第１の流路１８ｆに流す伝熱媒体及び／又は第２の流路１６ｆに流す伝熱媒体の温度を制御する例について、図７を参照して説明する。図７は、実施形態に係る複数のセンサの配置例を示す図である。
実施形態に係る載置台１４は、第１のプレート１８の形状を測定する複数のセンサを有してもよい。図７の（ａ）に示すように、複数のセンサの一例として、複数のひずみゲージ８１、８２が載置台１４に設けられている。図７の（ａ）の例では、複数のひずみゲージ８１が、第１のプレート１８の上面１８ａ（静電チャック２０の下面）に貼付されている。また、複数のひずみゲージ８２が、第１のプレート１８の下面１８ｂに貼付されている。複数のひずみゲージ８１は、第１のプレート１８と静電チャック２０との間の図示しない接着層内に配置されてもよい。複数のひずみゲージ８１、８２で測定した複数の収縮及び膨張の値は、制御部８０に送られる。制御部８０は、測定した複数の収縮及び膨張の値から、第１のプレート１８の形状を測定する。静電チャック２０の表面形状は第１のプレート１８の形状によって変化するため、第１のプレート１８の形状を測定することで静電チャック２０の表面形状が推定できる。
制御部８０は、第１のプレート１８の第１の流路１８ｆの伝熱媒体の温度、及び／又は第２のプレート１６の第２の流路１６ｆの伝熱媒体の温度を、測定した第１のプレート１８の形状に合わせるように制御する。
このように、複数のひずみゲージ８１、８２の測定値から推定した第１のプレート１８の表面形状に合わせて、第１のプレート１８及び／又は第２のプレート１６の温度をフィードバックする。これにより、リアルタイムに少なくともいずれかのプレートの温調を制御することで、アクティブに第１のプレート１８の表面形状（静電チャック２０の表面形状）を制御することができる。
ただし、複数のひずみゲージ８１、８２の配置はこれに限られない。複数のひずみゲージ８１、８２は、第１のプレート１８の上面１８ａ及び下面１８ｂの少なくとも一方に貼付してもよいし、静電チャック２０の下面に貼付してもよい。複数のひずみゲージ８１、８２は、第１のプレートの形状を測定する複数の歪センサの一例であり、複数の歪センサは、ロードセルであってもよい。
図７の（ｂ）に示すように、複数のセンサの一例として、複数のレーザー干渉計８３を載置台１４に設けてもよい。複数のレーザー干渉計８３は、第２のプレート１６の下方に設けられ、第２のプレート１６を貫通する貫通孔１６ａに通したレーザー光を第１のプレート１８の下面１８ｂに照射する。複数のレーザー干渉計８３は、下面１８ｂにて反射した光を受光した時間に基づき第１のプレート１８の下面までの距離を測定する。制御部８０は、複数のレーザー干渉計８３から取得した距離に基づき、第１のプレート１８の形状を測定する。静電チャック２０の表面形状は、第１のプレート１８の形状の変化に追従しているため、第１のプレート１８の形状を測定することで、静電チャック２０の表面形状を推定できる。
制御部８０は、第１のプレート１８の第１の流路１８ｆの伝熱媒体の温度、及び／又は第２のプレート１６の第２の流路１６ｆの伝熱媒体の温度を、測定した第１のプレート１８の形状に合わせるように制御する。
このように、複数のレーザー干渉計８３の測定値から推定した第１のプレート１８の表面形状に合わせて、第１のプレート１８及び／又は第２のプレート１６の温度をフィードバックする。これにより、リアルタイムに少なくともいずれかのプレートの温調を制御することで、アクティブに第１のプレート１８の表面形状を制御することができる。
このとき、フォーカサ等の照射機器は基準に固定しておき、その測長の変化が静電チャック２０の下面の変化となる。この変化をフィードバックして第１のプレート１８の第１の流路１８ｆの伝熱媒体の温度、及び／又は第２のプレート１６の第２の流路１６ｆの伝熱媒体の温度をリアルタイムに制御することで、アクティブに静電チャック２０の表面形状を制御可能にする。
載置台１４の温度制御方法は、第１のプレート１８の形状を測定する工程と、測定した第１のプレート１８の形状に基づき、第１のプレート１８の温調機構及び／又は第２のプレート１６の温調機構を制御する工程と、を含む。
以上の説明では、測定した第１のプレート１８の形状に基づき、リアルタイムに第１のプレート１８の温調機構及び／又は第２のプレート１６の温調機構を制御した。しかしながら、これに限られず、第１のプレート１８の形状を測定しなくてもよい。例えば、記憶部に記憶した第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度変化の履歴と、第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度変化と第１のプレートの形状変化との相関関係を示す情報を参照して、第１のプレート１８の形状を推定してもよい。
第１のプレート１８および第２のプレート１６の温度変化と第１のプレートの形状変化との相関関係を示す情報は、第１のプレート１８の形状変化と第１の温調機構及び第２の温調機構の温度との関係を測定し、記憶部に予め記憶してもよい。記憶部は、制御部８０のメモリでもよい。第１のプレートの形状と温度変化との相関関係を示す情報は、第１のプレートの形状をフラットにさせるための第１のプレートの形状と温度変化との相関関係を示す情報であってもよい。また、第１のプレートの形状を凹状にさせるための第１のプレートの形状と温度変化との相関関係を示す情報であってもよい。また、第１のプレートの形状を凸状にさせるための第１のプレートの形状と温度変化との相関関係を示す情報であってもよい。
以上に説明した温度制御方法によれば、載置台１４の変形を制御することができる。今回開示された一実施形態に係る基板処理装置１、載置台１４及び温度制御方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、基板処理装置の一例としてプラズマ処理装置を挙げて説明したが、基板処理装置は、基板に所定の処理（例えば、成膜処理、エッチング処理等）を施す装置であればよく、プラズマ処理装置に限定されるものではない。
また、基板処理装置は、エッチング装置、成膜装置、アッシング装置、ドーピング装置等であってもよい。例えば、基板処理装置は、スパッタリング法によるＩＴＯの成膜装置や、ＭＯＣＶＤ法による金属含有膜成膜装置であってもよい。
本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
１ 基板処理装置
１０ チャンバ
１４ 載置台
１６ 第２のプレート
１６ｆ 第２の流路
１８ 第１のプレート
１８ｆ 第１の流路
２０ 静電チャック
２０ａ 基板載置面
２１ａ 第１のチラーユニット
２１ｂ 第２のチラーユニット
３０ 上部電極
３４ 天板
３６ 支持体
３８ ガス供給管
４０ ガスソース群
４２ バルブ群
４４ 流量制御器群
４６ シールド
４８ バッフルプレート
７０ 電源
８０ 制御部
８１，８２ ひずみゲージ
８３ レーザー干渉計

Claims (12)

  1. 基板を載置する載置台を有する基板処理装置であって、
    前記載置台は、
    第１のプレートと、
    前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、
    前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、
    前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、
    を有し、
    前記載置台は、前記第１のプレートの上部に配置される静電チャックの上に基板を載置し、
    更に、前記第１のプレートの形状を測定するセンサを有し、
    前記センサは、前記第１のプレートの上面、下面及び前記静電チャックの下面の少なくともいずれかに設けられ、前記第１のプレートの形状を測定する複数の歪センサである、
    基板処理装置。
  2. 基板を載置する載置台を有する基板処理装置であって、
    前記載置台は、
    第１のプレートと、
    前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、
    前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、
    前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、
    を有し、
    前記載置台は、前記第１のプレートの上部に配置される静電チャックの上に基板を載置し、
    更に、前記第１のプレートの形状を測定するセンサを有し、
    前記センサは、前記第２のプレートの下方に設けられ、前記第２のプレートを貫通する貫通孔に通したレーザー光を前記第１のプレートの下面に照射し、前記第１のプレートの形状を測定する複数のレーザー干渉計である、
    基板処理装置。
  3. 基板を載置する載置台と、制御部と、を有する基板処理装置であって、
    前記載置台は、
    第１のプレートと、
    前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、
    前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、
    前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第１の温調機構及び前記第２の温調機構を制御し、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとが同じタイミングで同じ温度になるように前記第１の温調機構及び前記第２の温調機構を制御する、
    基板処理装置。
  4. 基板を載置する載置台と、制御部と、を有する基板処理装置であって、
    前記載置台は、
    第１のプレートと、
    前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、
    前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、
    前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第１の温調機構及び前記第２の温調機構を制御し、
    前記第１のプレートの温度を一定としたまま、前記第２のプレートの温度を変化させるように前記第１の温調機構及び前記第２の温調機構を制御する、
    基板処理装置。
  5. 前記載置台は、前記第１のプレートの上部に配置される静電チャックの上に基板を載置する、
    請求項３又は４に記載の基板処理装置。
  6. 前記第１のプレートの形状を測定するセンサを有する、
    請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記センサは、前記第１のプレートの上面、下面及び前記静電チャックの下面の少なくともいずれかに設けられ、前記第１のプレートの形状を測定する複数の歪センサである、
    請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記センサは、前記第２のプレートの下方に設けられ、前記第２のプレートを貫通する貫通孔に通したレーザー光を前記第１のプレートの下面に照射し、前記第１のプレートの形状を測定する複数のレーザー干渉計である、
    請求項６に記載の基板処理装置。
  9. 前記締結部材は、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの外周に設けられたネジ穴に挿入され、前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結するネジである、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記第１のプレートと前記第２のプレートとは同種の金属で形成される、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  11. 第１のプレートと、前記第１のプレートの温度を制御する第１の温調機構と、前記第１のプレートの下部に配置される第２のプレートと、前記第２のプレートの温度を制御する第２の温調機構と、前記第１のプレートと前記第２のプレートとを締結する締結部材と、を有する載置台の温度制御方法であって、
    （ａ）前記載置台に載置する基板の形状を測定する工程と、
    （ｂ）測定した前記基板の形状に基づき、前記第１の温調機構又は前記第２の温調機構を制御する工程と、
    を含み、
    前記工程（ｂ）において、予め記憶部に記憶した第１のプレートおよび第２のプレートの温度変化の履歴と、第１のプレートおよび第２のプレートの温度変化と第１のプレートの形状変化との相関関係を示す情報を参照して、前記第１の温調機構又は前記第２の温調機構を制御する、
    温度制御方法。
  12. 更に前記工程（ｂ）の後に、（ｄ）前記第１のプレートの形状を測定する工程を有する、
    請求項１１に記載の温度制御方法。
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